Раздел «Атмосфера»
Что такое атмосфера? В переводе с греческого атмосфера расшифровывается как "паровая сфера" (от греческих слов ατμός — «пар» и σφαῖρα — «сфера»). Иными словами: это газовая оболочка окружающая небесное тело и удерживаемая его гравитацией. Верхняя граница атмосферы размыта и плавно переходит в межпланетное пространство, потому многими учёными за атмосферу принимается газовая оболочка, вращаемая с небесным телом как единое целое. Нижняя же её граница граничит с литосферой и у некоторых планет — с гидросферой. У газовых гигантов, состоящих в основном из различных газов нижние границы атмосферы такие же расплывчатые как и верхние, а потому газовой оболочкой считаются лишь самые верхние области таких планет.
Атмосферы есть у планет, некоторых спутников планет, звёзд, комет и даже крупных астероидов. Есть атмосфера и у планеты Земля. Доказательствами её существования служат:
Наличие на высотах 20-25 км. перламутровых облаков;
Наличие на высотах более 75 км. серебристых облаков;
Сгорание на высотах более 85 км. метеоров и метеоритов, которое наблюдатели называют "падающими звёздами";
Явление сумерек, которое наблюдается на высотах более 220 км.;
Характеристики атмосфер разных небесных тел различны и зависят от размера, массы, скорости вращения и других параметров небесного тела, которое эта атмосфера окружает, а также от жизнедеятельности живых организмов. Например, чем массивнее планета и чем меньше её радиус, тем надёжнее она удерживает даже такие лёгкие газы, как водород, гелий и др. А температура поверхности планеты влияет на энергию хаотического теплового движения атомов и молекул газа. Чем она выше, тем выше скорость частиц, поэтому достигнув второй космической скорости, частицы навсегда покидают планету, причём первыми улетучиваются лёгкие газы.
На начальном этапе эволюции небесного тела на состав атмосферы значительное влияние оказывают параметры звезды, вокруг которой формируется планета и последующий выход внешних газов.
А теперь рассмотрим краткие характеристики атмосфер некоторых планет, их крупных спутников и звёзд. И начнём с нашей родной планеты — Земли.
Основные характеристики земной атмосферы следующие: простирается она на 2-3 тыс.км; состоит из смеси различных газов, называемой воздухом, основными составляющими которого являются азот, кислород и аргон. Плотность, давление, влажность, температура воздуха на различных высотах колеблются в широких пределах, что позволяет говорить о её неоднородной структуре. Суммарная масса всего воздуха составляет одну миллионную часть Земли или 5,1-5,3×1018 кг (из которых 5,1352±0,0003×1018 кг приходится на сухой воздух и 1,27×1016 кг на водяные пары), молярная масса сухого воздуха — 28,966, среднее давление на уровне моря при 0°C — 101,325 кПа, критическая температура — 140,7°C; критическое давление — 3,7 МПа; Cp при 0°C — 1,0048×103 Дж/(кг·К), Cv — 0,7159×103 Дж/(кг·К) (при 0°C).
Атмосфера нашей планеты вращается в направлении с запада на восток, что сказывается на её форме, которая приобретает вид эллипсоида вращения. По этой причине, кстати, атмосфера у полюсов тоньше, чем у экватора.
Атмосфера земли оказывает огромное влияние на биосферу планеты. Как известно из астрономии всё космическое пространство пронизано мощным ультрафиолетовым и рентгеновским излучением Солнца, а также ещё более губительными космическими лучами. Подавляющую часть этого смертельного для всего живого излучения задерживают верхние слои атмосферы, в результате чего проявляются такие удивительные электрические явления, как полярные сияния. Кислород, входящий в состав земной атмосферы, используют для дыхания подавляющее большинством видов живых организмов, а углекислый газ — растения, водоросли и цианобактерии в процессе фотосинтеза.
Велика её роль: в защите планеты от гостей из космоса — метеоритов, которые просто сгорают в верхних разряженных её слоях; в формировании земного климата, посредством регуляции сезонных колебаний температур и сглаживания суточных; в процессах фотосинтеза и обмена энергией, т.к. именно с помощью газов входящих в её состав эти процессы имеют место быть; в круговороте воды в природе, выпадения осадков и процессах физического и химического выветривания, последние из которых формируют экзогенные формы рельефа.
Атмосферы таких внутренних планет Солнечной системы как Венера и Марс в основном состоят из двуокиси углерода. Остальные газы в их газовых оболочках присутствуют в очень небольшом количестве.
Так, например, концентрация в атмосфере Марса углекислого газа (другое название двуокиси углерода) достигает 95%. На втором месте по распространенности стоит азот (3%), затем следует аргон и кислород. Остальные газы, такие как оксид углерода, озон и метан присутствуют в минимальных "следовых" количествах.
Давление марсианской атмосферы крайне невелико и составляет лишь 1/160 часть от земного и меняется в широких пределах в зависимости от высоты над уровнем поверхности планеты: от 9-12 мбар в гигантской впадине Эллада до 0,1 мбар на вершине горы Олимп, и от сезона года, т.к. зимой часть входящей в состав атмосферы углекислоты замерзает, составляя значительную часть полярных шапок Марса.
Несмотря на малую мощность в атмосфере Марса развиваются облака, сильные ветры и слабый парниковый эффект, поднимающий среднюю температуру приземного воздуха не более чем на 5°K.
Концентрация углекислого газа в атмосфере Венеры выше чем в атмосфере Марса — 97%. Концентрация же азота такая же и составляет 3%, остальных газов — сотые и тысячные доли процента.
Давление венерианской атмосферы в тысячи раз выше чем марсианской и в 95 раз выше чем земной. Отсюда колоссальная плотность, всего в 10 раз меньшая плотности воды и общая масса, превышающая массу атмосферы Земли в 95 раз. Из-за очень плотной атмосферы на Венере царит страшная жара с температурой под +480°C, причем суточные колебания температуры очень невелики. Формирование столь плотной и горячей атмосферы вызвано наличием огромного количества углекислого газа, которое в свою очередь сформировалось посредством превращения под действием высоких температур карбонатных пород в силикатные, с выделением СО2, который переходит в атмосферу. Таким образом на Венере наблюдается неконтролируемый и стабильный парниковый эффект.
В отличии от газосферы Марса газовая сфера Венеры неоднородна: в ней выделяются 4 слоя, различающиеся по плотности, температуре и давлению: тропосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. В пределах первых двух существуют облака,, состоящие из 75-80-процентной серной кислоты с примесями соляной и плавиковой кислот.
Атмосфера самой маленькой планеты Солнечной планеты — Меркурия — состоит из гелия, водорода, кислорода и натрия, но в очень небольших количествах. Газовая оболочка планеты чрезвычайно разряжена: её давление у поверхности в полмиллиарда меньше чем давление у поверхности Земли.
За счет малой плотности атмосферы на Меркурии наблюдаются значительные суточные колебания температур: разница между её ночными и дневными значениями может оставлять 500К. Облака в таких условиях не формируются.
Атмосферы внешних планет состоят из низкомолекулярных газов, таких как, водород и гелий, т.к. большая сила тяжести на таких планетах способна удерживать даже газы с низкой молекулярной массы.
Спутники планет обладают весьма разнообразными атмосферами. Так, в атмосферах Титана и Тритона преобладает азот, в атмосфере Луны — натрий, Европы — кислород, Ио — сера, Энцелада — водяной пар.
Звёздные атмосферы — это внешние области звезды, расположенные над звёздным ядром, зоной радиации и зоной конвекции. Внутри звёздной атмосферы различают несколько подобластей, обладающих различными свойствами.
Первой из них, лежащей непосредственно над зоной конвекции, является фотосфера. Именно эту область видит наблюдатель с Земли смотрящий на Солнце. Толщина фотосферы от 300 до десятков тысяч километров, но всегда намного меньше диаметра звезды.
Над фотосферой лежит хромосфера, толщина которой практически у всех звёзд одинакова и составляет 10 тыс. км.
Верхняя область звёздных атмосфер носит название короны. Это самая протяженная и разряженная, а также одна из наиболее горячих областей звёзд. Например, корона Солнца простирается до границ Солнечной системы и достигает двух миллионов кельвинов на расстоянии 70 тыс. км. от своей нижней границы.
Разные звёзды не обязательно состоят из всех трёх слоёв. Так у большинства гигантов и сверхгигантов нет корон, у многих звёзд нет переходных областей между слоями.
Для более подробного описания атмосфер разных небесных тел были созданы дополнительные главы (страницы):
Глава 1. Атмосфера Земли
Образование и эволюция атмосферы
Атмосферное электричество
Связь атмосферы с литосферой
Связь атмосферы с гидросферой
Охрана атмосферы
Глава 2. Атмосфера Меркурия
Глава 3. Атмосфера Венеры
Глава 4. Атмосфера Марса
Глава 5. Атмосфера Юпитера
Глава 6. Звездные атмосферы
